JP2004362204A

JP2004362204A - Frictional force measuring method in machine tool and numeric control device using measured value obtained by frictional force measuring method

Info

Publication number: JP2004362204A
Application number: JP2003159015A
Authority: JP
Inventors: Jun Fujita; 純藤田; Minoru Hamamura; 実濱村
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of very easily measuring the frictional torque of a rotation system of a feed drive mechanism and the frictional force of a linear moving system by using an NC control means. <P>SOLUTION: On the basis of a command program for frictional force measurement stored in a program memory PGM of an NC device, moving/stopping action of a unit moving quantity is repeated a plurality of times in a direction for the feed drive mechanism corresponding to a control shaft X and then moving/stopping action of the unit moving quantity is repeated the plurality of times in a direction opposite to the above direction. Generated torque and detected rotation position corresponding to each of the moving/stopping action are stored in a memory. The frictional torque Trn of the rotation system in the feed drive mechanism of the control shaft and the frictional force Fgn of the linear moving system are calculated based on data in the memory. Thus, the frictional torque of the rotation system and the frictional torque of the linear moving system guide can be calculated in a short period of time. In addition, the judgment that the calculated frictional torques are in an appropriate range or not is made by executing a malfunction diagnosis program. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の回転駆動系及び直線移動系における摩擦力の測定に係り、特に数値制御装置の非線形トルク補償に用いられる前記摩擦力の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械で２軸円弧補間送り運動をさせるサーボモータの制御では、数値制御（以下、単にＮＣと称する）位置指令と、サーボモータまたはこのサーボモータにより駆動されるテーブル、サドルなどの移動体に設けられた位置検出器からのフィードバック信号との偏差が０となるような位置ループを組むとともに、位置フィードバック信号を微分した速度フィードバック信号から速度ループを組み、速度ループゲインの出力をトルク指令値とする方式が一般に採られている。
【０００３】
このようなサーボモータのＮＣ制御では、モータの回転方向を反転させるとき、通常、機械は即座に反転することができない。これは、送り駆動機構のバックラッシュ及び弾性変形からなるロストモーションや摩擦の影響のためで、円弧切削等を行なっているときに象限が変ると、図５に示すように、実際の運動の軌跡が指令軌跡よりも外側に出てしまい軌跡にふくらみを生じる。この現象は、スティックモーションまたは象限突起と呼ばれており、輪郭加工精度低下の一要因となっている。
この現象が起こるのは、運動方向が反転すると摩擦トルクの分だけトルク指令を反転させる必要があるが、速度ループの応答特性による遅れがあるため、送り軸が一時停止するためであると考えられている。本願発明者等はこのような象限突起を回避する方法をすでに提案している。
【０００４】
特許文献１では、サーボモータにより円弧補間送り運動をされる移動体の位置を直接または間接的に検出し、位置指令に追従させるフィードバック制御を行なうサーボモータの制御方法において、移動体の運動方向が切り換わる象限切換時のトルク指令値と、モータ反転直後のトルク指令値の最大値または最小値を検出し、これらのトルク指令値の差から補正基準トルクを求め、前記補正基準トルクを基準にして象限切換時のトルク指令を補正するようにしており、この制御方法によれば、象限切換時のトルク指令値と反転直後のトルク指令値の最大値または最小値との差から、トルク補正の基準となる補正基準トルクを求めるようにしたことにより、送り軸が慣性力や重力の影響を受けて、象限切換の前後でトルク指令値にばらつきや変動が生じても、その影響を受けずに正確な象限切換時のサーボモータの送りトルクを検出することができるようになった。そして、この慣性力や重力の影響を排除した補正基準トルクに基づいてトルク指令を補正して制御系にフィードバックするので、象限突起を効果的に減じることができるものである。
【０００５】
ところで、上述した制御方法を実行するＮＣ装置では予めトルク補正用のテーブルを作成しておく必要があり、同テーブルを生成するための基本データとして当該工作機械の駆動系の摩擦力を特定しておかなければならない。
【０００６】
図６、図７は、従来の前記駆動系の摩擦力測定の方法を説明する図である。
図６は、ＮＣ工作機械の一般的な駆動機構の１つの制御軸Ｘに対応する部分を示しており、参照符号１０はベッドであって、同ベッド１０上に取付け固定された一対のブラケット１２、１２にはボールネジのネジ軸１４を軸支する一対のベアリング１６、１６が設けられている。前記ブラケット１２、１２上にはサドル２４をＸ方向に摺動自在に支持するガイド２２が設けられている。前記ネジ軸１４は左端のカップリング２８を介してＸ軸駆動用のサーボモータ２６に結合されている。なお、参照符号３０は前記サーボモータ２６の取付け台である。前記ネジ軸１４はボールネジのナット１８と螺合しており、さらに同ナット１８は前記ガイド２２の下面側に固定した支持部材２０により回転可能且つ軸方向移動を規制されて取付けられている。従って、サーボモータ２６を回転すると、サドル２４はＸ方向に移動される。さらに、参照符号３２は前記ボールネジのネジ軸１４を保護する伸縮自在なカバーである。
【０００７】
このような駆動機構には、前記ベアリング１６、ナット１８等の回転系のまさつと、前記ガイド２２等の直線移動系の摩擦が存在する。そしてこれらの値を測定するためには、前記カバー３２を取り外し、さらに前記ボールネジのナット１８を前記支持部材２０から取り外さなければならなかった。即ち、前記回転系の摩擦トルクは、ベアリング１６とナット１８とに分けてそれぞれ回転方向に力を掛け、回転を開始するときの力の値をバネばかり等で測定し、力を掛けた半径を用いて求める。図７に示す例では、直径Ｄ（ｍ）のナット１８に紐Ｗを巻いて、引っ張り、回転したときのバネばかりの測定値がＡ（Ｋｇｆ）とすると、トルクＴは
Ｔ＝９．８×Ａ×Ｄ／２
で与えられる。
前記直線移動系の摩擦力は、ロードセルを介して油圧シリンダ等で押し、動き出すときの力を測定する。
【０００８】
上述した各摩擦力の測定は当該駆動機構に固有な基本データであり、必ずしも頻繁に測定をするものではないが、測定については動き始めるときの付与荷重を特定しなければならないため高精度を期待できないばかりでなく、測定そのもののため機械をある程度分解しなければならず、測定のための準備作業や、測定後の復帰作業が煩雑であるという問題があった。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３１６９８３８号「サーボモータの制御方法」
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は上述した問題を鋭意検討した結果、当該駆動機構を機械的に分解・再組み立ての作業を伴うことなしに、ＮＣ工作機械のＮＣ制御手段そのものを利用して単純な移動パターンを遂行せしめることにより当該工作機械の摩擦力を測定することができることを見出した。
従って、本発明の目的は送り駆動機構の回転系の摩擦トルクと、直線移動系の摩擦力を、ＮＣ工作機械のＮＣ制御手段を利用して当該工作機械の摩擦力をきわめて簡単に測定できる摩擦力の測定方法及び同方法により得られた摩擦力のデータを用いて故障診断を行う数値制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による摩擦力の測定方法は、
数値制御装置からの駆動指令により駆動されるサーボモータを備えた工作機械の送り駆動機構における摩擦力を測定する方法であって、
前記数値制御装置からの指令に基づいて少なくとも１つの制御軸に対応する前記送り駆動機構に対し同一方向への単位移動量の移動・停止動作を複数回遂行する第１のステップと、
前記第１のステップの間、前記各移動・停止に対応して生成されたトルク及び前記サーボモータの回転位置の値をメモリにストアする第２のステップと、
前記第１のステップに続き前記方向とは逆方向に前記単位移動量の移動・停止動作を複数回遂行する第３のステップと、
前記第３のステップの間、前記各移動・停止に対応して生成されたトルク及び前記サーボモータの回転位置の値をメモリにストアする第４のステップと、
前記第２及び第４のステップで得られたデータに基づいて当該送り駆動機構における回転系の摩擦トルク及び直線移動系の摩擦力の値を算出する第５のステップとから構成される。
【００１２】
さらに、前記目的を達成するための本発明による数値制御装置は、
前記の摩擦力測定方法により得られた回転系の摩擦トルク及び直線移動系の摩擦力の値が予め定められた許容値の範囲内であるか否かの判定を当該工作機械の故障診断における判定群の１つとして含む故障診断プログラムを有する。
【００１３】
【作用】
数値制御装置からの指令に基づいて１つの制御軸に対応する送り駆動機構に対し同一方向への単位移動量の移動・停止動作を複数回遂行し、さらに続けて前記方向とは逆方向に前記単位移動量の移動・停止動作を同一複数回遂行する。
前記各移動・停止に対応して生成されたトルク及び検出した駆動系サーボモータの回転位置をメモリにストアする。同メモリのデータに基づいて前記制御軸に関する送り駆動機構における回転系の摩擦トルク及び直線移動系の摩擦力の値を算出する。数値制御装置に上記移動・停止の動作及び、トルクならびに駆動サーボモータの回転位置の検出を指令するプログラムを設定しておくことで、きわめて短時間に、回転系の摩擦トルク及び直線移動系ガイドの摩擦トルクを算出できる。
さらに、数値制御装置内に故障診断用のプログラムを備え、同プログラムの実行により前記算出された摩擦トルクが適正範囲にあるか否かを判定するようにする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づく１実施例について図１乃至図４を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明を実施するための数値制御装置即ち、ＮＣ装置において、主として本発明にかかわる機能の部分をブロックで示す。
同図１において、ＮＣ装置はプログラムメモリＰＧＭと、データメモリＤＭ及びこれらとバスＢＵＳで接続されるＣＰＵ（中央演算処理装置）で基本的に構成される。またＣＰＵはＩ／Ｆ（インターフェイスユニット）を介して工作機械ＭＴＬ及び表示装置ＤＰＬと接続されている。
【００１５】
前記プログラムメモリＰＧＭには被加工物を切削加工するため、データメモリＤＭの切削加工データＰＡＲＴを逐次読み出し、各制御軸方向の移動データを生成する補間演算用指令プログラムＰＧ１が格納されている。また、プログラムＰＧ２は、象限切換時の象限突起発生を抑制すべくトルク指令に対し非線形型補償を行うもので、実際の切削加工が行われる前に、前記データメモリＤＭ内のトルク補正テーブルＴＣＴを生成するために使用される。
プログラムＰＧ３は故障診断用指令プログラムであって、ＮＣ装置内の各種パラメータ、機械の状態を示すデータ等が適正な値であるか否かを判定し、その許容値をオーバーした場合は表示装置ＤＰＬ上にその旨表示または警告を与える。
プログラムＰＧ４は摩擦力測定用の指令プログラムであって、データメモリＤＭ内のパラメータデータエリアＰＡＤのデータＴｒｎ（回転系の摩擦トルク）及びデータＦｇｎ（直線移動系ガイドの摩擦トルク）を生成する。その下のデータ２×Ｔｒｎ／Ｔｍａｘ及び２×Ｆｇｎ／Ｋは、前記Ｔｒｎ及びＦｇｎを用いて算出されるパラメータデータであって、前者は前記非線形型補償を実行する際に用いられるパラメータであり、後者は当該送り駆動系のバックラッシュ補正量である。
なお、Ｔｍａｘ（％）は送り駆動系の最大発生トルク、Ｋ（Ｎ／ｍ）は当該駆動系の送り方向総合剛性である。
【００１６】
図２は、前記プログラムＰＧ４を実行して得られたデータをグラフ上にプロットしたものである。即ち、同図２では、ＮＣのサンプリング周期毎にトルク指令値、サーボモータに直結したエンコーダの位置フィードバック値をサンプリングし、これをメモリへストアする。測定する制御軸をＸ軸とし、その＋方向へ１μｍ送り、０．５秒ほど停止する動きを繰り返す。１００μｍ程度＋方向へ移動する。この値はバックラッシュ、ロストモーション等が開放されて機械が定常的に移動可能な量である。続いて、−方向へ１μｍ送り、０．５秒ほど停止する動きを繰り返し、最初の位置へ戻るというプログラム内容である。図の横軸には時間ｔをとり、縦軸にはＸ軸位置とトルク指令値をとってある。このトルク測定結果からエンコーダ回転方向が反転した時点のトルク変化量Ｔｒ（Ｎｍ）が回転系の摩擦トルクの２倍の値となる。また、この時点のトルクから機械が反転移動を開始する時点までのトルク変化量Ｔｇ（Ｎｍ）はガイドの摩擦力の２倍の値をトルクに換算した値となる。
【００１７】
なお、実際には機械が反転移動を開始する時点は分からないが、反転後十分経過した時点のトルクを用いればよい。以上から、回転系の摩擦トルクＴｒｎは、Ｔｒｎ＝Ｔｒ／２（Ｎｍ）で、さらに、ガイドの摩擦力Ｆｇｎは、Ｆｇｎ＝Ｔｇ／２×Ｌ／２π （Ｎ）であたえられる。ここに、Ｌは前記モータ１回転当たりの軸移動量（ｍ）である。
【００１８】
以上、求められたＴｒｎから円弧象限切換部の突起状誤差を補正する非線形補償用のパラメータを２×Ｔｒｎ／Ｔｍａｘ（％）として求めることができる。また、送り駆動系のバックラッシュ補正量は２×Ｆｇｎ／Ｋ（ｍ）として求めることができる。ここでＴｍａｘは最大トルク、Ｋ（Ｎ／ｍ）は送り方向の総合剛性である。
【００１９】
図３は、上述したプログラムＰＧ４の処理内容を示すフローチャートである。同図でステップＳ３からＳ８はストロークＳの＋方向の移動過程を示し、さらに、ステップＳ９からＳ１４は−方向の戻り過程を示す。さらにまた、ステップＳ１５からＳ１８は回転系の摩擦トルクＴｒｎ及び直線移動系の摩擦トルクＦｇｎを生成する過程を示す。最後のステップＳ１９は図１のトルク補正テーブルＴＣＴを生成するために供されるパラメータデータの算出を遂行する。なお、このフローチャートではステップＳ１９を含むようにしたが、プログラムＰＧ２の中に組み込むようにしてもよい。
【００２０】
図４は、図１の故障診断用指令プログラムＰＧ３の１例を示す。同図では前記プログラムＰＧ３の実行により生成されたデータＴｒｎ、Ｆｇｎに対して、それぞれ判定ステップＳｎ、Ｓｎ＋４において、Ｔｒｎ、Ｆｇｎの値が予め設定された許容範囲にあるか否かが判定される。そして、許容範囲をオーバーした場合にはその旨表示装置ＤＰＬへ表示指令が与えられるようになっている。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明による摩擦力測定方法によれば工作機械をばらすことなく、きわめて簡単且つ短時間に送り駆動系における回転系の摩擦トルク、及び直線移動系ガイドの摩擦トルクを生成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための数値制御装置において、主として本発明にかかわる機能の部分を示す制御ブロック図である。
【図２】図１に示される摩擦力測定用プログラムＰＧ４を実行して得られたデータを横軸時間としてプロットしたグラフである。
【図３】図１に示される摩擦力測定用プログラムＰＧ４の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】図１に示される故障診断用プログラムＰＧ３の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】円弧切削中の象限切換に伴う象限突起現象を説明する図である。
【図６】ＮＣ工作機械の一般的な駆動機構の１つの制御軸Ｘに対応する部分の主要部の構成を示す図である。
【図７】図６に示される駆動系に対する従来の摩擦力測定の方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０ベッド
１２ブラケット
１４ネジ軸
１６ベアリング
１８ナット
２０支持部材
２２ガイド
２４サドル
２６サーボモータ
３２カバー
ＤＭデータメモリ
ＤＰＬ表示装置
ＭＴＬ工作機械
ＰＧ３故障診断用指令プログラム
ＰＧ４摩擦力測定用指令プログラム
ＰＧＭプログラムメモリ
ＰＡＤパラメータデータメモリエリア
Ｗ紐[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to measurement of frictional force in a rotary drive system and a linear movement system of a machine tool, and more particularly, to a method for measuring the frictional force used for nonlinear torque compensation of a numerical controller.
[0002]
[Prior art]
In the control of a servomotor that causes a two-axis circular interpolation feed motion by a machine tool, a numerical control (hereinafter simply referred to as NC) position command and a servomotor or a moving table such as a table or saddle driven by the servomotor are provided. A position loop is formed so that the deviation from the feedback signal from the detected position detector becomes 0, and a speed loop is formed from a speed feedback signal obtained by differentiating the position feedback signal, and the output of the speed loop gain is used as a torque command value. The method is generally adopted.
[0003]
In the NC control of such a servomotor, when reversing the rotation direction of the motor, the machine cannot usually reverse immediately. This is due to the effects of lost motion and friction due to backlash and elastic deformation of the feed drive mechanism. If the quadrant changes during arc cutting or the like, the actual motion trajectory is changed as shown in FIG. Appears outside the commanded trajectory, causing swelling of the trajectory. This phenomenon is called a stick motion or a quadrant projection, and is a cause of a decrease in contour processing accuracy.
It is considered that this phenomenon occurs because when the direction of movement is reversed, the torque command needs to be reversed by the amount of friction torque, but there is a delay due to the response characteristics of the speed loop, so the feed shaft temporarily stops. ing. The present inventors have already proposed a method for avoiding such a quadrant protrusion.
[0004]
Patent Literature 1 discloses a servomotor control method for directly or indirectly detecting the position of a moving object to be subjected to a circular interpolation feed motion by a servomotor and performing feedback control for following a position command. The torque command value at the time of switching quadrants to be switched and the maximum value or the minimum value of the torque command value immediately after motor inversion are detected, a correction reference torque is obtained from a difference between these torque command values, and the correction reference torque is referred to. According to this control method, the torque command at the time of quadrant switching is corrected, and the torque correction reference value is determined based on the difference between the torque command value at the time of quadrant switching and the maximum or minimum value of the torque command value immediately after inversion. The correction reference torque is calculated so that the feed axis is affected by the inertial force and gravity, causing the torque command value to vary and fluctuate before and after the quadrant switch. Even if, it has become possible to detect the feed torque of the servo motor of the correct quadrant switching without affected. Then, since the torque command is corrected based on the corrected reference torque excluding the influence of the inertial force and gravity and fed back to the control system, quadrant projections can be effectively reduced.
[0005]
By the way, in the NC device that executes the above-described control method, it is necessary to create a table for torque correction in advance, and specify the frictional force of the drive system of the machine tool as basic data for generating the table. I have to put it.
[0006]
6 and 7 are diagrams for explaining a conventional method for measuring the frictional force of the drive system.
FIG. 6 shows a portion corresponding to one control axis X of a general drive mechanism of an NC machine tool. Reference numeral 10 denotes a bed, and a pair of brackets 12 mounted and fixed on the bed 10. , 12 are provided with a pair of bearings 16, 16 that support a screw shaft 14 of a ball screw. A guide 22 is provided on the brackets 12, 12 to support the saddle 24 slidably in the X direction. The screw shaft 14 is connected to a servomotor 26 for driving the X-axis via a coupling 28 at the left end. Reference numeral 30 denotes a mount for the servo motor 26. The screw shaft 14 is screwed with a nut 18 of a ball screw, and the nut 18 is attached by a support member 20 fixed to the lower surface of the guide 22 so as to be rotatable and restricted in axial movement. Therefore, when the servo motor 26 is rotated, the saddle 24 is moved in the X direction. Further, reference numeral 32 denotes a telescopic cover for protecting the screw shaft 14 of the ball screw.
[0007]
In such a drive mechanism, there is friction between a rotating system such as the bearing 16 and the nut 18 and a linear moving system such as the guide 22. To measure these values, the cover 32 had to be removed and the nut 18 of the ball screw had to be removed from the support member 20. That is, the friction torque of the rotating system is divided into the bearing 16 and the nut 18, and a force is applied in the rotating direction. The value of the force at the start of rotation is measured by a spring scale or the like, and the radius of the applied force is determined. Determine using In the example shown in FIG. 7, when the string W is wound around the nut 18 having a diameter D (m), and the measured value of the spring scale when it is pulled and rotated is A (Kgf), the torque T is T = 9.8 × A × D / 2
Given by
The frictional force of the linear movement system is measured by pressing a hydraulic cylinder or the like through a load cell and starting to move.
[0008]
The above-described measurement of each frictional force is basic data unique to the drive mechanism, and is not always measured frequently. However, high accuracy is expected for measurement because the applied load at the time of starting movement must be specified. Not only is it impossible, but the machine itself has to be disassembled to some extent for the measurement itself, and there is a problem that the preparation work for the measurement and the return work after the measurement are complicated.
[0009]
[Patent Document 1]
Patent No. 3168938 "Control method of servo motor"
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of diligent study of the above-described problem, the present inventors have found that a simple movement pattern can be obtained by using the NC control means of the NC machine tool without mechanically disassembling and reassembling the drive mechanism. It has been found that by performing this, the frictional force of the machine tool can be measured.
Therefore, an object of the present invention is to measure the friction torque of the rotary system of the feed drive mechanism and the friction force of the linear movement system by using the NC control means of the NC machine tool so that the friction force of the machine tool can be measured very easily. It is an object of the present invention to provide a method of measuring a force and a numerical control device for performing a failure diagnosis using data of a frictional force obtained by the method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for measuring a frictional force according to the present invention includes:
A method for measuring a frictional force in a feed drive mechanism of a machine tool including a servomotor driven by a drive command from a numerical controller,
A first step of performing a plurality of movement / stop operations of a unit movement amount in the same direction with respect to the feed drive mechanism corresponding to at least one control axis based on a command from the numerical controller;
A second step of storing, in the memory, the torque generated corresponding to each of the movements and the stop and the value of the rotational position of the servomotor during the first step;
A third step of performing a plurality of movement / stop operations of the unit movement amount in a direction opposite to the direction following the first step;
A fourth step of storing, in the memory, the torque generated corresponding to each of the movement and the stop and the value of the rotational position of the servo motor during the third step;
A fifth step of calculating the values of the friction torque of the rotary system and the friction force of the linear movement system in the feed drive mechanism based on the data obtained in the second and fourth steps.
[0012]
Further, the numerical controller according to the present invention for achieving the above object,
The determination as to whether the value of the friction torque of the rotating system and the value of the friction force of the linear movement system obtained by the above-described frictional force measuring method are within a predetermined allowable range is made in the failure diagnosis of the machine tool. It has a fault diagnosis program included as one of the groups.
[0013]
[Action]
Based on a command from the numerical controller, the feed drive mechanism corresponding to one control axis performs a plurality of movement / stop operations of the unit movement amount in the same direction in the same direction, and further continuously performs the movement in a direction opposite to the direction. The movement / stop operation of the unit movement amount is performed a plurality of times.
The torque generated corresponding to each movement / stop and the detected rotational position of the drive system servomotor are stored in a memory. Based on the data in the memory, the values of the frictional torque of the rotary system and the frictional force of the linear movement system in the feed drive mechanism for the control axis are calculated. By setting a program for instructing the movement / stop operation, the torque and the rotational position of the drive servomotor in the numerical controller, the friction torque of the rotating system and the linear moving system guide can be reduced in a very short time. The friction torque can be calculated.
Further, a program for failure diagnosis is provided in the numerical control device, and it is determined whether or not the calculated friction torque is in an appropriate range by executing the program.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example based on the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 is a block diagram showing, in a numerical control device for implementing the present invention, that is, an NC device, mainly a portion of functions related to the present invention.
In FIG. 1, the NC device is basically composed of a program memory PGM, a data memory DM, and a CPU (Central Processing Unit) connected to these by a bus BUS. The CPU is connected to the machine tool MTL and the display device DPL via an I / F (interface unit).
[0015]
In order to cut the workpiece, the program memory PGM stores an interpolation calculation instruction program PG1 for sequentially reading out the cutting data PART from the data memory DM and generating movement data in each control axis direction. The program PG2 performs non-linear compensation for the torque command in order to suppress the generation of quadrant projections at the time of switching quadrants. Before the actual cutting is performed, the program PG2 stores the torque correction table TCT in the data memory DM. Used to generate.
The program PG3 is a failure diagnosis command program, which determines whether various parameters in the NC unit, data indicating the state of the machine, and the like are appropriate values. An indication or warning is given above.
The program PG4 is a command program for measuring frictional force, and generates data Trn (friction torque of a rotating system) and data Fgn (friction torque of a linear moving system guide) in a parameter data area PAD in a data memory DM. The data 2 × Trn / Tmax and 2 × Fgn / K below it are parameter data calculated using the Trn and Fgn, and the former is a parameter used when executing the nonlinear type compensation, The latter is the backlash correction amount of the feed drive system.
Note that Tmax (%) is the maximum generated torque of the feed drive system, and K (N / m) is the feed direction total rigidity of the drive system.
[0016]
FIG. 2 is a graph in which data obtained by executing the program PG4 is plotted on a graph. That is, in FIG. 2, the torque command value and the position feedback value of the encoder directly connected to the servomotor are sampled at every NC sampling cycle, and stored in the memory. The control axis to be measured is set to the X axis, the feed is performed by 1 μm in the + direction, and the movement of stopping for about 0.5 seconds is repeated. It moves in the + direction about 100 μm. This value is the amount that the machine can move steadily when backlash, lost motion, etc. are released. Subsequently, the program content is to feed 1 μm in the negative direction, stop for about 0.5 seconds, and return to the initial position. In the figure, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents X-axis position and torque command value. From this torque measurement result, the torque change amount Tr (Nm) at the time when the encoder rotation direction is reversed is twice the friction torque of the rotating system. In addition, the torque change amount Tg (Nm) from the torque at this point to the point at which the machine starts reversing movement is a value obtained by converting twice the value of the frictional force of the guide into torque.
[0017]
In practice, it is not known when the machine starts the reversing movement, but it is sufficient to use the torque at the point when sufficient time has passed after the reversal. From the above, the friction torque Trn of the rotating system is given by Trn = Tr / 2 (Nm), and the friction force Fgn of the guide is given by Fgn = Tg / 2 × L / 2π (N). Here, L is the axial movement amount (m) per one rotation of the motor.
[0018]
As described above, a parameter for non-linear compensation for correcting the projection-like error of the arc quadrant switching unit can be obtained as 2 × Trn / Tmax (%) from the obtained Trn. Further, the backlash correction amount of the feed drive system can be obtained as 2 × Fgn / K (m). Here, Tmax is the maximum torque, and K (N / m) is the total rigidity in the feed direction.
[0019]
FIG. 3 is a flowchart showing the processing content of the program PG4 described above. In the figure, steps S3 to S8 show the process of moving the stroke S in the + direction, and steps S9 to S14 show the process of returning in the-direction. Further, steps S15 to S18 show a process of generating the friction torque Trn of the rotary system and the friction torque Fgn of the linear movement system. In the last step S19, calculation of parameter data used to generate the torque correction table TCT of FIG. 1 is performed. Although this flowchart includes step S19, it may be incorporated in the program PG2.
[0020]
FIG. 4 shows an example of the failure diagnosis command program PG3 of FIG. In the figure, for data Trn and Fgn generated by execution of the program PG3, it is determined in determination steps Sn and Sn + 4 whether the values of Trn and Fgn are within a preset allowable range. When the allowable range is exceeded, a display command is given to the display device DPL to that effect.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the friction force measuring method of the present invention, it is possible to generate the friction torque of the rotary system in the feed drive system and the friction torque of the linear moving system guide very easily and in a short time without displacing the machine tool. It works.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control block diagram mainly showing a function part related to the present invention in a numerical control device for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a graph in which data obtained by executing the frictional force measurement program PG4 shown in FIG. 1 is plotted as abscissa time.
FIG. 3 is a flowchart showing processing contents of a frictional force measurement program PG4 shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart showing processing contents of a failure diagnosis program PG3 shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram for explaining a quadrant projection phenomenon accompanying quadrant switching during arc cutting.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a portion corresponding to one control axis X of a general drive mechanism of an NC machine tool.
FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional method for measuring frictional force with respect to the drive system shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Bed 12 Bracket 14 Screw shaft 16 Bearing 18 Nut 20 Support member 22 Guide 24 Saddle 26 Servo motor 32 Cover DM Data memory DPL Display MTL Machine tool PG3 Failure diagnosis command program PG4 Friction force measurement command program PGM program memory PAD Parameter Data memory area W string

Claims

数値制御装置からの駆動指令により駆動されるサーボモータを備えた工作機械の送り駆動機構における摩擦力を測定する方法であって、
前記数値制御装置からの指令に基づいて少なくとも１つの制御軸に対応する前記送り駆動機構に対し同一方向への単位移動量の移動・停止動作を複数回遂行する第１のステップと、
前記第１のステップの間、前記各移動・停止に対応して生成されたトルク及び前記サーボモータの回転位置の値をメモリにストアする第２のステップと、
前記第１のステップに続き前記方向とは逆方向に前記単位移動量の移動・停止動作を複数回遂行する第３のステップと、
前記第３のステップの間、前記各移動・停止に対応して生成されたトルク及び前記サーボモータの回転位置の値をメモリにストアする第４のステップと、
前記第２及び第４のステップで得られたデータに基づいて当該送り駆動機構における回転系の摩擦トルク及び直線移動系の摩擦力の値を算出する第５のステップと、
からなる数値制御工作機械の送り駆動機構における摩擦力測定方法。A method for measuring a frictional force in a feed drive mechanism of a machine tool including a servomotor driven by a drive command from a numerical controller,
A first step of performing a plurality of movement / stop operations of a unit movement amount in the same direction with respect to the feed drive mechanism corresponding to at least one control axis based on a command from the numerical controller;
A second step of storing, in the memory, the torque generated corresponding to each of the movements and the stop and the value of the rotational position of the servomotor during the first step;
A third step of performing a plurality of movement / stop operations of the unit movement amount in a direction opposite to the direction following the first step;
A fourth step of storing, in the memory, the torque generated corresponding to each of the movement and the stop and the value of the rotational position of the servo motor during the third step;
A fifth step of calculating the values of the friction torque of the rotary system and the friction force of the linear movement system in the feed drive mechanism based on the data obtained in the second and fourth steps;
Force measurement method for the feed drive mechanism of a numerically controlled machine tool consisting of:

請求項１において、前記第５のステップにより得られた摩擦トルクの値から円象限切換部の突起状誤差を補正するためのパラメータを算出するステップをさらに含む数値制御工作機械の送り駆動機構における前記突起状誤差を補正するためのパラメータ生成方法。2. The feed drive mechanism of a numerically controlled machine tool according to claim 1, further comprising a step of calculating a parameter for correcting a projection error of the circular quadrant switching unit from the value of the friction torque obtained in the fifth step. A parameter generation method for correcting a projection error.

請求項１において、前記第５のステップにより得られた直線移動系の摩擦力の値と前記送り駆動系の総合剛性値からバックラッシュ補正量を算出するステップをさらに含む数値制御工作機械の送り駆動機構におけるバックラッシュ補正量の生成方法。2. The feed drive of a numerically controlled machine tool according to claim 1, further comprising the step of calculating a backlash correction amount from the value of the frictional force of the linear movement system obtained in the fifth step and the total rigidity value of the feed drive system. A method of generating a backlash correction amount in a mechanism.

請求項１記載の各ステップからなる摩擦力測定用指令プログラムを有する数値制御装置。A numerical controller having a command program for measuring frictional force comprising the steps of claim 1.

請求項１記載の摩擦力測定方法により得られた回転系の摩擦トルク及び直線移動系の摩擦力の値が予め定められた許容値の範囲内であるか否かの判定を当該工作機械の故障診断における判定群の１つとして含む故障診断プログラムを有する数値制御装置。A determination as to whether the value of the friction torque of the rotating system and the value of the friction force of the linear moving system obtained by the friction force measuring method according to claim 1 is within a predetermined allowable range. A numerical controller having a failure diagnosis program that is included as one of the determination groups in diagnosis.